Hormigonado en tiempo frío

El frío representa un problema para la ejecución del hormigón. Muchas son las consultas acerca del hormigonado ante condiciones de baja temperatura y una pregunta habitual es: ¿Hasta qué temperatura mínima se puede hormigonar? La respuesta más sensata: “Depende…”, ya que aventurarse a determinar una temperatura mínima puede ser arriesgado, considerando los numerosos factores que influyen y, por encima de todo, las graves consecuencias estructurales causadas por una ejecución negligente en condiciones de tiempo frío.

Los efectos dañinos de las bajas temperaturas sobre el hormigón recién ejecutado básicamente son dos:

El agua pura se congela a 0ºC y esto provoca que su volumen aumente aproximadamente un 9%. Si esto ocurre, y el hormigón todavía no tiene suficiente resistencia a tracción para soportar la tensión generada por la congelación del agua interna, habrá daños irreversibles que limitarán la prestación mecánica y la durabilidad del hormigón. En este sentido, se considera que el hormigón es resistente a los efectos del tiempo frío (por expansión del agua congelada) cuando ha alcanzado los 3,5 N/mm2 aproximadamente.

El segundo problema está relacionado con la velocidad de hidratación del cemento y está estrechamente ligado al primer problema. Las bajas temperaturas actúan como un retardador del fraguado, ralentizando todo el proceso de desarrollo de resistencias (para alcanzar el valor mínimo a partir del cual el hormigón ya puede enfrentarse a una helada). La relevancia de este problema será aun mayor si los cementos evolucionan según la lógica de las tendencias (con el fin de reducir emisiones), resultando en cementos más sensibles al efecto retardador de las bajas temperaturas.

Todas las normativas de todos los países avanzados relacionadas con la ejecución de estructuras de hormigón incluyen condiciones y regulaciones para el hormigonado en tiempo frío. En todas ellas, se listan una serie de medidas obligatorias y condiciones límite para garantizar la calidad de las estructuras cuando se hormigona en tiempo frío, que incluyen el uso de aditivos anticongelantes y aceleradores de fraguado.

Sin embargo, de forma complementaria a las indicaciones de las respectivas normas para el hormigonado en tiempo frío, hay otras consideraciones también muy importantes que no siempre se tienen en cuenta. Y todas ellas tienen como objetivo que el hormigón haya desarrollado la suficiente resistencia en el momento que llegue la helada.

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El aditivo más importante cuando se hormigona en tiempo frío es el aditivo reductor de agua

Cuando se debe hormigonar en tiempo frío, lo primero que aparece en mente son los aditivos anticongelantes. Sin embargo, raramente se conoce la importancia y el papel que juega el uso de aditivos plastificantes, debido a su carácter retardador de fraguado. Este punto es especialmente relevante en el caso del hormigón preparado en planta y suministrado en camión, donde este tipo de aditivos se emplean de forma regular.

El efecto retardador de los aditivos plastificantes convencionales aumenta de forma exponencial con el descenso de la temperatura del hormigón fresco, por lo que en condiciones de tiempo frío deben usarse de forma cautelosa. En situaciones de baja temperatura, es muy recomendable minimizar la dosificación de aditivo plastificante al máximo (<0,4% spc) e incrementar la de aditivo superplastificante hasta obtener la consistencia deseada. Con esta práctica, se avanza el inicio de fraguado del hormigón y se acelera el desarrollo de resistencias iniciales (sin apenas consecuencias prácticas sobre el mantenimiento de consistencia durante el transporte), hecho que resulta muy beneficioso para que el hormigón pueda desarrollar la máxima resistencia en el momento que lleguen las temperaturas negativas.

La clave está en realizar el hormigonado en el momento óptimo del día

En un día de tiempo frío, podríamos afirmar que las temperaturas mínimas se registran a partir del atardecer hasta las últimas horas de la mañana. Durante esta franja de tiempo es posible que la temperatura esté bajo 0ºC durante muchas horas, quedando el hormigón joven expuesto a posibles daños. En consecuencia, si en el momento en que se den estas condiciones el hormigón no ha podido generar la suficiente resistencia para resistir los efectos de la helada, los daños serán inevitables e irreversibles.

Siempre debe realizarse la puesta en obra en el momento más temprano del día a partir de que se sobrepase la temperatura mínima permitida para el hormigonado. Se trata de que el hormigón fresco pueda estar el máximo de horas en la franja de máximas temperaturas para que fragüe lo antes posible y pueda desarrollar resistencia durante el mayor tiempo posible (por debajo de +4 ºC la hidratación apenas progresa). Esta es probablemente la medida más efectiva para hormigonar en tiempo frío con garantías.

Los aditivos anticongelantes se emplean en situaciones de tiempo frío para acelerar el inicio de fraguado y el desarrollo de resistencias iniciales durante el tiempo en que, después de la puesta en obra, las temperaturas son favorables para que la hidratación del cemento progrese. Estos aditivos permiten realizar el hormigonado en condiciones en que, sin su uso, el hormigón joven no podría desarrollar la mínima resistencia suficiente para enfrentar con garantías el momento de las heladas. Es el caso de los días de invierno donde la temperatura máxima no sobrepasa los 5-6ºC, por ejemplo, o cuando se combina baja temperatura con humedad muy alta. Pero es importante remarcar que no se trata de productos milagrosos, por lo que siempre deben respetarse las indicaciones de las normativas vigentes.

Si en el momento de la primera helada el hormigón ha podido desarrollar la suficiente resistencia para tolerar la tensión generada por la congelación del agua, no importa cuál sea la temperatura ambiente mínima que pueda alcanzarse, ya que los efectos físicos son los mismos a -3 ºC que a -10 ºC.

Podría pensarse que el momento óptimo para el hormigonado en tiempo frío sería coincidiendo con las temperaturas máximas del día, pero no es así. Por ejemplo, un hormigonado a las 16:00 h sería una temeridad a pesar de estar en la franja horaria de máxima temperatura, ya que el hormigón no tendría suficiente tiempo para desarrollar la resistencia mínima suficiente para el momento en que la temperatura empieza a mostrar valores negativos.

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Aprovechar el calor interno del hormigón fresco como acelerador de fraguado

Cuando se dan las condiciones climáticas de tiempo frío (a efectos de hormigón), sin duda el momento en que el hormigón fresco está a su máxima temperatura es justo después del amasado. La formación de etringita en la fase inmediata de la hidratación del cemento y la energía del propio amasado generan calor que acumula el hormigón recién mezclado. Aparte, la planta de hormigón dispone de medios para asegurar la temperatura mínima del hormigón fresco exigida en condiciones de tiempo frío.

A partir de aquí, el calor interno acumulado en el hormigón recién amasado se irá disipando con el tiempo. Por lo tanto, es importante minimizar el tiempo entre el amasado del hormigón y el final de la puesta en obra. Ejecutar un hormigón con unos grados más de temperatura es crítico para acelerar el desarrollo de resistencia inicial. Para ello, en condiciones de tiempo frío, una buena preparación en la obra con el objetivo de aplicar el hormigón con la mayor celeridad posible reduce los riesgos típicos del tiempo frío sobre el hormigón joven. En la misma línea, es preferible que el tiempo de transporte entre la planta y la obra sea el más corto posible.

No todas las estructuras son iguales ante el tiempo frío

En línea con el punto anterior, la disipación del calor interno del hormigón recién amasado continua una vez ya está ejecutado (hasta en inicio de fraguado, cuando se desarrollará calor interno). Como norma general, cuanto mayor sea el volumen de hormigón, menores los riesgos frente a las condiciones de tiempo frío, pero además la pérdida del calor interno está estrechamente ligada con la geometría y con la superficie expuesta por donde podrá disiparse el calor interno de la estructura en particular.

Estructuras esbeltas o con mucha superficie expuesta, como por ejemplo un pavimento, perderán el calor acumulado más rápidamente que una estructura que acumule el mayor volumen con la mínima superficie de exposición o directamente protegidas (estructuras enterradas, encofradas).

Siempre cuando se hormigona en tiempo frío, es conveniente aislar y proteger al máximo las estructuras recién hormigonadas para preservar al máximo el calor interno, pero esta medida es especialmente crítica cuando deben ejecutarse estructuras desfavorables en cuanto a la disipación de calor.

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